膜萃取技术及其应用研究进展

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1、膜 萃 取 技 术 及 其 应 用 研 究 进 展Seminar 主 要 内 容发 展 历 程膜 萃 取 的 传 质 原 理 及 影 响 因 素主 要 的 膜 萃 取 技 术在 线 联 用 系 统发 展 方 向 萃 取 是 分 离 和 提 纯 物 质 的 一 种 常 用 方 法 ， 传 统 的 萃 取 方 法由 于 费 时 ， 费 力 ， 效 率 低 等 缺 点 ， 近 年 来 已 不 能 满 足 发 展的 需 要 ， 因 而 先 后 出 现 了 超 临 界 流 体 萃 取 ， 微 波 萃 取 ， 加压 溶 剂 萃 取 等 新 技 术 。 膜 萃 取 技 术 以 其 独 特 的 优 势 显 示

2、 出了 良 好 的 发 展 前 景 和 巨 大 的 应 用 潜 力 。 膜 萃 取 ， 又 称 固 定 膜 界 面 萃 取 ， 是 基 于 非 孔 膜 技 术 发 展 起来 的 一 种 样 品 前 处 理 方 法 ， 是 膜 技 术 和 液 液 萃 取 过 程 相 结合 的 新 的 分 离 技 术 ， 是 膜 分 离 过 程 中 的 重 要 组 成 部 分 。 1. 膜 萃 取 发 展 历 程v1984年 Kiani和 Kim首 先 提 出 膜 萃 取 分 离 技 术 这 个 方 法 。v1986年 audusson提 出 了 支 持 液 膜 萃 取 （ SLE） 技 术 。v1992年 Me

3、lcher提 出 了 吸 附 剂 接 口 膜 萃 取 （ MESI） 技 术 。v1993年 Wang利 用 中 空 纤 维 制 作 出 了 膜 萃 取 器 装 置 。v1994年 Lindegard SLE与 液 相 色 谱 实 现 了 在 线 全 自 动 联 用 。v1998年 Y. Shen等 人 提 出 了 微 空 膜 液 液 萃 取 模 型 。v2003年 基 于 中 空 纤 维 膜 萃 取 方 法 实 现 了 与 液 相 色 谱 在 线 联 用 。v 2. 膜 萃 取 的 传 质 机 理 及 其 影 响 因 素 2. 1 膜 萃 取 的 传 质 原 理 Membrane Accep

4、tor phaseDonor phase Drive forces： temperature， concentration， pressure， electrical potential ， heat flux， volume flux， momentum flux， electrical fluxSelectivity： membrane property， physical chemical properties between membrane and analysts Kw： 水 相 的 总 传 质 系 数 m： 微 孔 膜 孔 隙 率Kw： 水 相 分 传 质 系 数 m： 弯 曲

5、因 子Km： 膜 内 分 传 质 系 数 tm： 膜 厚Ko： 有 机 相 分 传 质 系 数 m： 分 配 系 数 2.2 数 学 理 论 模 型 基 于 双 膜 理 论 ， 建 立 的 包 括 膜 阻 在 内 的 膜 萃 取 传 质 模 型(A)疏 水 膜 = wK1 wK1 = mkmkk omw 111 其 中 ， 膜 阻 项 为水 相 边 界 层 阻 力 项 有 机 相 边 界 层 阻 力 项有 机 相 水 相疏 水 膜y x mo mD t1 mk m （ 1） （ B） 亲 水 膜有 机 相 水 相亲 水 膜 wK1 = mkkk omw 111 其 中 ， 膜 阻 项 为 ：

6、Kw： 水 相 的 总 传 质 系 数 m： 微 孔 膜 孔 隙 率 Kw： 水 相 分 传 质 系 数 m： 弯 曲 因 子 Km： 膜 内 分 传 质 系 数 t m： 膜 厚 Ko： 有 机 相 分 传 质 系 数 m： 分 配 系 数y x （ 2）mo mD t1 mk mw 2.3 影 响 因 素溶 液 的 组 成 。样 品 的 流 速 。 （ 高 浓 度 ， 小 流 速 ； 低 浓 度 ， 大 流 速 高 的 富 积 倍 数 ）有 机 溶 剂 的 种 类 。 （ 相 似 相 溶 原 理 ）支 持 体 的 种 类 。 （ 孔 径 小 ， 孔 率 大 ， 富 积 倍 数 大 ）溶 液

7、 的 PH值 。 （ 调 节 PH值 使 目 标 分 子 转 化 为 可 萃 取 形 式 ）温 度 。 （ 温 度 高 ， 扩 散 速 度 快 ， 平 衡 时 间 短 ， 分 配 系 数 小 ） 3.1 萃 取 膜 的 分 类 （ Membrane types）v 聚 合 物 膜 （ polymeric membrane）v 液 膜 （ liquid membrane, hold in pores） 两 相 体 系 （ two phase system） 三 相 体 系 （ three phase system） 3. 膜 萃 取 技 术 萃 取 膜 的 的 性 质溶 剂 的 性 质(受 体

8、， 膜 ， 供 体 ) J. Chromatogr. A, 2000, 902, 205-225 3.2. 主 要 膜 萃 取 技 术： 液 膜 萃 取 （ liquid membrane extraction）： 聚 合 物 膜 萃 取 （ polymeric membrane extraction）Name Abbreviation Phase (donor-membrane-acceptor) Support liquid membrane extraction SLM Aqucous-organic-aqucous Microporous membrane liquid-liquid

9、extraction MMLLE Aqucous-organic-organic or organic-organic-aqucous Emulsion liquid membrane extraction ELME Aqucous-organic-aqucous or organic-aqucous-organic Polymeric membrane extraction PME Aqucous-polymer-organic or aqucous-polymer-aqucous or organic-polymer-aqucous Membrane extraction with a s

10、orbent interface MESI Gas-polymer-gas or liquid-polymer-gas （ A） 支 载 液 体 膜 萃 取 （ SLM） 操 作 相 对 复 杂 灵 敏 度 高 富 集 效 果 较 好 重 现 性 好 J. Sep. Sci, 2001, 24,.495-507体 系 ： 三 相 体 系 PH值 ： 反 向 调 节 供 受 体 溶 液 PH值驱 动 力 ： 离 子 态 和 非 离 子 态 的 分 析 物 在 水 相 /有 机 相 中 的 分 配 系 数 差 。目 标 分 析 物 ： 酸 碱 性 或 离 子 形 式 存 在 的 化 合 物萃 取

11、与 反 萃 取 的 过 程 的 结 合 。 3.2.1 液 膜 萃 取 （ liquid membrane extraction） （ B） 微 孔 膜 液 液 萃 取 （ Microporous membrane liquid liquid extraction， MMLLE） 体 系 ： 两 相 体 系 （ acquous organic）目 标 分 析 物 ： 强 疏 水 性 化 合 物 。萃 取 效 率 受 分 配 系 数 的 影 响 。 （ C） 乳 剂 液 膜 萃 取 （ emulsion liquid membrane extraction，ELME） 体 系 ： 三 相 体 系

12、 内 相 与 互 不 相 溶 的 有 机 溶 剂 形 成 乳 滴 。 分 析 物 经 液 膜 进 入 膜 内 受 体 相 。 提 取 和 浓 缩 同 时 进 行 。 高 的 比 表 面 积 和 高 的 传 质 速 度 。 高 的 选 择 性 。 操 作 简 便 ， 成 本 低 。 3.2.2. 聚 合 物 膜 萃 取 （ Polymeric membrane extraction）分 析 物 透 过 聚 合 物 膜 进 入 受 体 的 过 程 。常 用 的 模 材 料 硅 橡 胶 或 聚 四 氟 乙 烯使 用 寿 命 长 。分 析 物 的 扩 散 系 数 较 液 相 小 。传 质 慢 ， 萃

13、取 效 率 低 。 吸 附 剂 接 口 膜 萃 取 （ membrane extraction with a sorbent interface， MESI）膜 萃 取 和 吸 附 剂 接 口 技 术 的 结 合 。受 体 ： 气 体 受 体 （ 对 比 其 他 方 法 中 的 液 体 作 受 体 ）样 品 ： 气 体 和 液 体 样 品 。 目 标 分 析 物 的 运 输 通 过 气 体 实 现 。 J. Chromatogr. A, 1999 (830) 365376Sample Cool sorbent 3.3 膜 萃 取 装 置1ml channel 10ul channel 1.0

14、ul channel J.Chromatogr. A, 2000, 902, 205-225(a) (c) 4. 联 用 接 口 系 统4.1 SLE H PLC接 口 的 流 路 系 统 LCGC North America 2003， 21， 427-438 1 2 34主 要 用 于 环 境 样 品 和 生 物 样 品 的 在 线 提 取 分 析 。 4.2 MESI G C接 口 连 接 系 统 Trends Anal. Chem. 1995, 14, 113硅 树 脂 橡 胶 中 空 纤 维特 别 适 合 对 空 气 ， 水 ， 土 壤 等 样 品 进 行 连 续 检 测 和 过 程

15、 控 制 。 4.3 萃 取 注 射 器 -G C在 线 联 用 系 统 Analyst, 2000, 125, 673676操 作 简 单 ， 富 集 效 果 好 ， 重 现 性 好 ， 应 用 前 景 广 阔 。 4.4 SLM-AAS(atomic absorption spectrometry) Analyst 1997(122) 1073-1077. 用 于 尿 样 中 铅 的 提 取 ， 富 积 倍 数 达 到 200以 上 ， 回 收 率 大 于 95 ， 检 测 限 为 0.1ug/L. 优 点 O待 优 化 的 条 件 多 。O单 次 萃 取 的 应 用 范 围窄 。O膜 的

16、 稳 定 性 差 。 （ 针对 液 膜 萃 取 方 法 ）O平 衡 周 期 长 。高 的 选 择 性 和 富 积 率 。有 机 溶 剂 用 量 小 。 一 般 为 几 到 几 十 微升 ， 污 染 少准 确 度 和 精 密 度 高 。无 需 特 殊 设 备 ， 成 本 低 。方 便 与 其 他 分 析 设 施 实 现 自 动 和 在 线联 用 。能 够 避 免 液 滴 分 散 而 引 起 的 夹 带 和 溶剂 损 失 。 缺 点 5. 应 用v环 境 样 品 中 的 有 机 污 染 物 的 提 取 分 析 。v生 物 样 品 的 提 取 分 析 。v体 液 中 药 物 及 代 谢 产 物 的

17、提 取 富 积 分 析 。v金 属 元 素 的 提 取 分 析 。 -贵 金 属 的 提 取 。 -环 境 中 重 金 属 污 染 物 。v挥 发 性 样 品 的 提 取 分 析 。 6. 展 望v新 型 膜 萃 取 技 术 的 研 究 。v与 各 种 分 离 分 析 技 术 的 全 自 动 在 线 联 用 。v应 用 领 域 的 进 一 步 扩 展 。 参 考 文 献1. B.M. Cordero, .L. P. Pavon， J. Chromotogr. A 2000(902)1952. J.A. Jonssen, L. J. Chromatogr. A, 2000(902)2053. 刘

18、 景 富 ， 汪 桂 斌 ， 分 析 化 学 ， 2004(10)13894. J. A. Jonsson, L. Mathiasson, J. Sep. Sci, 2001(24)4955. J.F.Liu, J.B. Chao, G.B. Jiang, Anal. Chem.Acta, 2002(455) 936. D. Kou, S. Mitra, Anal. Chem, 2003(75)63557. J. Norberg, E. Thordarson, Analyst. 2000(125)6738. Y. Shen, J. A. Jonsson, L. Mathiasson, Anal. Chem. 1998(70)9469. J. Jonsson, L. Mathiasson， Trend. Anal. Chem., 1999(18)318 10. N.-K. Djane, I.A. Bergdahl, K. Ndungu, etc., Analyst 122 (1997) 107311. S.P. Bjergaard., K.E. Rasmussen， J.Chromatogr. B, 2005（ 817） 3-12 谢 谢 ！